DE69805913T2

DE69805913T2 - Printhead with individually addressable laser diode array

Info

Publication number: DE69805913T2
Application number: DE69805913T
Authority: DE
Inventors: Serge Steinblatt
Original assignee: Kodak IL Ltd
Current assignee: Kodak IL Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2018-04-30
Also published as: EP0878773A3; EP0878773A2; EP0878773B1; IL120841A; IL120841A0; US5986819A; DE69805913D1

Description

SUBJECT AND BACKGROUND OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen elektrooptischen Drucker bzw. Plotter und insbesondere einen Druckkopf, der eine Vielzahl von Lichtpunkten auf einer zu bedruckenden Oberfläche erzeugt, wie einer Druckplatte in einer Plattenbelichtungseinheit.The present invention relates to a printhead for an electro-optical printer or plotter, and in particular to a printhead that generates a plurality of light spots on a surface to be printed, such as a printing plate in a plate exposure unit.

Bei einer Laserbelichtungseinheit wird das Licht von einer oder mehreren Laserquellen auf die Oberfläche eines lichtempfindlichen Films oder einer lichtempfindlichen Platte fokussiert. Zur Vereinfachung wird diese Oberfläche (unabhängig davon, ob es sich um einen Film oder eine Platte handelt) nachstehend als der Film bezeichnet. Die Aufzeichnungs- bzw. Belichtungsgeschwindigkeit ist im Wesentlichen durch die Energie des Laserstrahls und durch die Geschwindigkeit, mit der er die Oberfläche des Films überstreichen kann, begrenzt. Die Energieeinschränkung ist insbesondere bei Plattenbelichtungseinheiten in Folge der inhärenten geringen Lichtempfindlichkeit der im Augenblick verwendeten Druckplatten problematisch. Um eine höhere Belichtungsgeschwindigkeit zu erzielen, ist es bekannt, mehrere Laserquellen, üblicherweise Laserdioden (LDs), zu verwenden, die in einer parallelen Anordnung arbeiten und eine Vielzahl von Spuren auf dem Film erzeugen, wenn sie über diesen hinweg geführt werden. Eine praktische Einrichtung für diesen Zweck ist ein individuell adressierbarer Laserdiodenarray oder eine ebensolche Laserdiodenreihe (IALDA), der bzw. die aus einem einzelnen Stab aus einen Halbleitermaterial, wie beispielsweise GaAs, besteht, in der ein linearer Array bzw. eine lineare Reihe an adressierbaren Laserabschnitten ausgebildet worden ist. Es ist zu bemerken, dass eine derartige IALDA-Einrichtung von einer nicht adressierbaren Laserdioden- Arrayeinrichtung verschieden ist, welche bei Belichtungseinheiten als eine Lichtquelle verwendet worden ist, um ein Array an Lichtmodulatoren zu beleuchten bzw. zu bestrahlen. Die Vorteile der IALDA gegenüber ein Array aus einzelnen LDs bestehen in den sehr viel geringeren Kosten und in der Möglichkeit, einen geringeren Abstand der einzelnen Laserabschnitte zu erreichen, obwohl diese immer noch nicht aneinander angrenzen können. Ein möglicher Nachteil der IALDA besteht darin, dass bei einer hohen Energieausgabe irgendein Abschnitt fehlerhaft arbeiten kann, welcher die gesamte Einrichtung für das Belichten von Platten unbrauchbar macht. Jedoch sind in der jüngeren Vergangenheit praktisch einsetzbare IALDA- Einrichtungen mit ausreichender Leistung und Zuverlässigkeit verfügbar geworden.In a laser exposure unit, light from one or more laser sources is focused onto the surface of a photosensitive film or plate. For simplicity, this surface (whether it is a film or a plate) will be referred to below as the film. The recording or exposure speed is essentially limited by the energy of the laser beam and by the speed at which it can sweep across the surface of the film. The energy limitation is particularly problematic in plate exposure units due to the inherently low photosensitivity of the printing plates currently in use. In order to achieve a higher exposure speed, it is known to use multiple laser sources, usually laser diodes (LDs), operating in a parallel arrangement and creating a plurality of tracks on the film as they are scanned across it. A practical device for this purpose is an individually addressable laser diode array (IALDA) which consists of a single rod of semiconductor material such as GaAs in which a linear array of addressable laser sections has been formed. It should be noted that such an IALDA device is different from a non-addressable laser diode array device which has been used in exposure units as a light source to illuminate an array of light modulators. The advantages of IALDA over an array of individual LDs are the much lower cost and the ability to achieve a closer spacing of the individual laser sections, although they still cannot be adjacent to each other. A potential disadvantage of IALDA is that at a high energy output, any one section may malfunction, rendering the entire device unusable for plate imaging. However, practical IALDA devices with sufficient performance and reliability have recently become available.

Zwei wichtige Eigenschaften jeder Laserdiode oder jedes Laserabschnittes in einer LD-Arrayeinrichtung, insbesondere im Falle einer Mehrfachmodus-LD (die für hohe Energie- bzw. Leistungsanwendungen dient, wie beispielsweise der durch die vorliegende Erfindung behandelten) besteht darin, dass erstens der Lichtabstrahlbereich eine sehr langgestreckte Form, üblicherweise 1 um Breite und 50 bis 200 um Länge, aufweist und dass zweitens die Strahldivergenz in der Quer- bzw. Breitenrichtung verhältnismäßig hoch ist - üblicherweise 45º FWHM, entsprechend einer numerischen Apertur (NA) von 0,4 - während in der Längsrichtung sie verhältnismäßig gering ist - üblicherweise 12º FWHM, entsprechend einer NA von 0,1.Two important characteristics of any laser diode or laser section in an LD array device, particularly in the case of a multi-mode LD (which serves for high energy applications such as those addressed by the present invention) are that, first, the light emitting region has a very elongated shape, typically 1 µm wide and 50 to 200 µm long, and second, the beam divergence in the width direction is relatively high - typically 45º FWHM, corresponding to a numerical aperture (NA) of 0.4 - while in the length direction it is relatively low - typically 12º FWHM, corresponding to an NA of 0.1.

Bei einem üblichen Typ eines Lichtprojektionssystems des Standes der Technik, welches unter anderem bei Belichtungseinheiten verwendet wird, werden die Lichtstrahlen, die durch eine IALDA-Einrichtung oder einem linearen Array an Laserdioden abgestrahlt werden, einfach durch eine Objektivlinse auf den Film fokussiert, wodurch auf dem Film ein Array von projizierten Punkten erzeugt wird, die das Bild des Arrays der Laserbereiche ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Der Film wird in einer bestimmten Richtung 44 bewegt, wodurch die Lichtpunkte parallele Spuren 46 auf dem Film aufzeichnen, wie dies dargestellt ist. Wenn nun die Lichtabstrahlbereiche auf dem Array und demzufolge ebenfalls die projizierten Punkte ausreichend aneinander angenähert werden, würde der Array so orientiert werden, dass die Längsachse 42 seines Bildes senkrecht zu der Verfahrrichtung 44 verläuft. Da jedoch die Punkte im Wesentlichen nicht unmittelbar aneinander stoßen, wird die Einrichtung oder der Array üblicherweise in einer Ebene parallel zu der des Filmes gedreht, so dass die Längsachse 42 in einem Winkel α gegenüber der Richtung senkrecht zu der Verfahrrichtung 44 ausgerichtet wird und daher die Spuren 46 näher aneinander gerückt werden. Wenn die Teilung der Punkte, das heißt der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Punkte, p ist, dann wird die Teilung der Spuren klar zu p' = p*cosα. Die einzelnen Laserquellen werden so moduliert, dass sich die ergebenden Intensitäten entlang jeder Spur 46 entsprechend dem Bild, welches aufzuzeichnen ist, verändern, wobei die relative Taktung der Modulation über die verschiedenen Quellen so eingestellt wird, dass die sich ergebenden Merkmale des Bildes genau auf dem Film ausgerichtet werden. Der Winkel α wird so gewählt, dass die Teilung der Spuren p' einen bestimmten Wert annimmt. Idealerweise ist die projizierte Breite jedes Punktes in einer Richtung senkrecht zu der Spur gleich der Teilung p'. In dem Fall diskreter LDs würde jede LD so ausgerichtet werden, dass die Längendimension jedes Abstrahlbereiches senkrecht zu der Spurrichtung 44 bleibt, wobei der Winkel α und die Projektionsparameter dann so gewählt werden können, dass die Benachbartheit der Spuren aufrechterhalten wird. Jedoch fällt im Falle einer LD-Arrayeinrichtung, wie beispielsweise einer IALDA, die Längsachse jedes Laserbereiches mit der Längsachse des Arrays starr zusammen. Im Ergebnis bildet die Längsachse jedes projizierten Punktes einen Winkel α mit der Normalen zu der Verfahrrichtung 44, so dass demzufolge die effektive Spurbreite w' enger wird als die tatsächliche Punktbreite w entlang ihrer Längsachse. Wiederum gilt die Gleichung w' = w*cosα. Es ist zu bemerken, dass das Verhältnis der effektiven Spurbreite w' zu der Spurteilung p' gleich dem Verhältnis der Punktbreite w zu der Arraybildteilung p ist und daher unabhängig von dem Wert des Winkels α konstant bleibt.In a common type of prior art light projection system used in exposure units, among others, the light rays emitted by an IALDA device or a linear array of laser diodes are simply focused onto the film by an objective lens, thereby producing an array of projected spots on the film which is the image of the array of laser spots, as shown in Fig. 1. The film is moved in a particular direction 44, whereby the spots of light record parallel tracks 46 on the film, as shown. Now, if the light emitting spots on the array, and hence also the projected spots, are brought sufficiently close together, the array would be oriented so that the longitudinal axis 42 of its image is perpendicular to the direction of travel 44. However, since the spots are not substantially adjacent to one another, the device or array is usually rotated in a plane parallel to that of the film so that the longitudinal axis 42 is at an angle α. opposite to the direction perpendicular to the direction of travel 44 and therefore the tracks 46 are moved closer together. If the pitch of the points, i.e. the distance between the centers of adjacent points, p, then the pitch of the tracks clearly becomes p' = p*cosα. The individual laser sources are modulated so that the resulting intensities along each track 46 vary according to the image to be recorded, the relative timing of the modulation across the various sources being adjusted to accurately align the resulting features of the image on the film. The angle α is chosen so that the pitch of the tracks p' takes on a particular value. Ideally, the projected width of each point in a direction perpendicular to the track is equal to the pitch p'. In the case of discrete LDs, each LD would be aligned so that the length dimension of each emitting area remains perpendicular to the track direction 44, the angle α and projection parameters then being able to be chosen to maintain the contiguity of the tracks. However, in the case of an LD array device such as an IALDA, the longitudinal axis of each laser region is rigidly coincident with the longitudinal axis of the array. As a result, the longitudinal axis of each projected spot forms an angle α with the normal to the scanning direction 44, so that consequently the effective track width w' becomes narrower than the actual spot width w along its longitudinal axis. Again, the equation w' = w*cosα applies. Note that the ratio of the effective track width w' to the track pitch p' is equal to the ratio of the spot width w to the array pitch p and therefore remains constant regardless of the value of the angle α.

Die zweite Eigenschaft, nämlich die anamorphotische Strahldivergenz, kann eine Schwierigkeit bei der Gestaltung einer lichteffizienten Projektionsoptik sein, da dann die numerische Apertur der Objektivlinse sehr groß sein muss. Es ist zu bemerken, dass üblicherweise die Länge jedes projizierten Punktes im Bereich von 10 bis 30 um und daher sehr viel kleiner als die Länge jedes Abstrahlbereiches zu sein hat. Dies erfordert von der Projektionsoptik eine effektive Verkleinerung, welche weiter die notwendige NA auf ihre Austrittsseite erhöht, wenn sie den gesamten Strahl aufnehmen sollen.The second property, namely anamorphic beam divergence, can be a difficulty in designing light efficient projection optics, since then the numerical aperture of the objective lens must be very large. Note that typically the length of each projected spot must be in the range of 10 to 30 µm and therefore much smaller than the length of each emitted area. This requires the projection optics to effectively downsize, which further increases the necessary NA on their exit side if they are to accommodate the entire beam.

Die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten können durch Verwendung von anamorphotischen Projektionsoptiken, wie solchen, die eine große numerische Apertur in der Quer- bzw. Breitenrichtung besitzen, und solchen, die einen nahezu kreisförmigen Bildpunkt erzeugen, überwunden werden.The difficulties discussed above can be overcome by using anamorphic projection optics, such as those having a large numerical aperture in the width direction and those producing a nearly circular pixel.

Eine allgemeine Gestaltung derartiger Optiken besteht in einer afokalen Anordnung, welche aus einer Kollimationslinse, oder einer Gruppe hiervon, einer Fokussierlinse, oder einer Gruppe hiervon, und einer anamorphotischen Modifikation besteht. Ein Verfahren einer derartigen Modifikation, das beispielsweise in den US-Patenten 4,520,471 und 4,932,734 verwendet wird, besteht darin, zwischen zwei Linsengruppen (welche selbst im Wesentlichen sphärisch sind) ein Paar zylindrische Linsen einzusetzen, die als eine Strahlerweiterungseinrichtung oder als eine Modifiziereinrichtung für die Strahlerweiterung in einer Achse dienen. Ein weiteres Verfahren, welches beispielsweise in den US-Patenten 5,541,951 und 5,594,752 (Fig. 1-3) beschrieben wird, besteht darin, die Objektivanordnung aus zylindrischen Linsen unterschiedlicher Leistungswerte in jeder Achse zu bilden. Es ist zu bemerken, dass in den beiden zuletzt genannten Patenten versucht wird, einen einzelnen Punkt aus mehreren Lichtquellen zu erzeugen, und daher ein Array von zylindrischen Objektivlinsen in einer Achse vorhanden ist. Es ist weiterhin zu bemerken, dass in dem '951- Patent die Reihenfolge der zylindrischen Linsen in zwei Achsen so gewählt ist, dass die Strahlen im großen Umfang in der Querachse erweitert werden und daher die Apertur der Fokussierlinse weiter füllen. Es ist darüber hinaus zu bemerken, dass in dem '752-Patent (Fig. 4 und 5) eine Vielzahl von Schreibpunkten vorgesehen ist, wodurch jeder Punkt durch eine einzelne Fokussierlinse erzeugt wird (jede erhält einen kollimierten bzw. parallel ausgerichteten Strahl, wie es für die Fig. 1-3 beschrieben ist).A common design for such optics is an afocal assembly consisting of a collimating lens, or group thereof, a focusing lens, or group thereof, and an anamorphic modification. One method of such modification, used for example in U.S. Patents 4,520,471 and 4,932,734, is to insert between two lens groups (which are themselves essentially spherical) a pair of cylindrical lenses serving as a beam expander or as a beam expander modifier in one axis. Another method, described for example in U.S. Patents 5,541,951 and 5,594,752 (Figs. 1-3), is to form the lens assembly from cylindrical lenses of different power values in each axis. It should be noted that in the latter two patents, an attempt is made to create a single spot from multiple light sources, and therefore an array of cylindrical objective lenses is present in one axis. It should be noted further that in the '951 patent, the ordering of the cylindrical lenses in two axes is chosen so that the beams are expanded greatly in the transverse axis and therefore further fill the aperture of the focusing lens. It should be noted further that in the '752 patent (Figs. 4 and 5) a plurality of writing spots are provided, whereby each spot is created by a single focusing lens (each receiving a collimated beam as described for Figs. 1-3).

Eine hiervon verschiedene anamorphotische Konfiguration wird in dem US-Patent 5,521,748 gelehrt, welches im Wesentlichen die Aufgabe behandelt, ein Array oder Reihe von Lichtmodulatoren (LM) mittels einem nicht adressierbaren LD-Array zu bestrahlen (eine alternative Anordnung für Belichtungseinheiten, wie sie vorstehend erläutert worden ist, mit der sich die vorliegende Erfindung nicht beschäftigt). Hierbei belichtet eine bestimmte optische Konfiguration, die zylindrische Linsen in der Längsachse enthält, alle Lichtquellen auf sämtlichen Elementen der LM, während eine weitere einzelne zylindrische Linse die Lichtquellen auf dem LM in der Querachse fokussiert; es besteht, falls überhaupt, ein geringer Bezug zu den anamorphotischen Verhältnissen oder anderer Beziehungen zwischen den beiden Achsen, da nicht auf eine projizierte Punktform Bezug genommen wird.A different anamorphic configuration is taught in U.S. Patent 5,521,748, which essentially addresses the problem of illuminating an array or row of light modulators (LM) using a non-addressable LD array (an alternative arrangement for exposure units as discussed above, not addressed by the present invention). Here, a particular optical configuration containing cylindrical lenses in the long axis exposes all light sources on all elements of the LM, while another single cylindrical lens focuses the light sources on the LM in the transverse axis; there is little, if any, reference to anamorphic ratios or other relationships between the two axes, since no reference is made to a projected spot shape.

Ein schwerwiegender Nachteil von anamorphotischen Konfigurationen des Standes der Technik, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, besteht in ihrer verhältnismäßigen Komplexität, was zu unerwünscht hohen Herstellkosten führt.A serious disadvantage of prior art anamorphic configurations as described above is their relative complexity, which leads to undesirably high manufacturing costs.

Bei einem weiteren Typus eines LD-Array-Lichtprojektionssystems des Standes der Technik, beispielhaft erwähnt in dem US-Patent 5,168,288 und ebenfalls üblicherweise bei Belichtungseinheiten verwendet, wird das durch jede Quelle abgestrahlte Licht in eine entsprechende Lichtleitfaser gekoppelt; die anderen Enden der derartigen Fasern sind in unmittelbarer Nähe zueinander entlang einer Linie angeordnet und projizieren gemeinsam durch eine Objektivlinse auf den Film. Ein derartiges System beseitigt die Schwierigkeiten, welche aus den beiden Eigenschaften entstehen, wie sie vorstehend mit Bezug auf den Laserbereich erläutert worden sind, da im Wesentlichen der gesamte Strahl in seine entsprechende Faser gekoppelt wird und da die Lichtemission aus jeder Faser im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Jedoch teilt dieses System den Kostennachteil des ersten Typus, wie er vorstehend erläutert worden ist, dahingehend, dass es schwierig ist, die Fasern in die gewünschten Anordnungen präzise zu plazieren.In another type of prior art LD array light projection system, exemplified in U.S. Patent 5,168,288 and also commonly used in exposure units, the light emitted by each source is coupled into a respective optical fiber; the other ends of such fibers are arranged in close proximity to each other along a line and project together through an objective lens onto the film. Such a system eliminates the difficulties arising from the two properties discussed above with respect to the laser region, since substantially the entire beam is coupled into its respective fiber and since the light emission from each fiber is substantially circular in cross-section. However, this system shares the cost disadvantage of the first type discussed above in that it is difficult to precisely place the fibers in the desired arrangements.

Daher besteht ein großer Bedarf für ein anamorphotisches optisches System, und es wäre sehr vorteilhaft, ein solches zu besitzen, das Licht aus einer einzeln adressierbaren Laserdiodenarray als ein Array an gerundeten Punkten projiziert, welcher einfach und billig herzustellen ist.Therefore, there is a great need for an anamorphic optical system, and it would be very advantageous to have one that projects light from an individually addressable laser diode array as an array of rounded dots, which is simple and inexpensive to manufacture.

Die EP-A-0,601,485 offenbart einen Laserstrahldrucker, der ein Diodenarray enthält, welcher mehrere modulierte, parallele und divergierende Lichtstrahlen erzeugt. Optische Mittel reduzieren die Divergenz der parallelen Lichtstrahlen aus der Laserdiodenarray, fokussieren die Lichtstrahlen in einem Querabschnitt entlang der Breite der Laserdiode nicht und fokussieren die Lichtstrahlen auf eine Ebene einer Eintrittsöffnung bzw. Eintrittspupille einer Drucklinse in einem Querabschnitt senkrecht zu der ersten Querschnittsrichtung. Eine separate Linsenanordnung eines Linsenanordnungsarrays führt einen entsprechenden Lichtstrahl aus der Laserdiodenarray in Richtung eines Bereiches auf einer Ebene vor der Drucklinse in der ersten Querschnittsrichtung und fokussiert den Lichtstrahl auf die Ebene der Eintrittsöffnung in einer zweiten Querschnittsrichtung.EP-A-0,601,485 discloses a laser beam printer including a diode array producing a plurality of modulated, parallel and diverging light beams. Optical means reduce the divergence of the parallel light beams from the laser diode array, do not focus the light beams in a transverse section along the width of the laser diode and focus the light beams on a plane of an entrance aperture or entrance pupil of a printing lens in a transverse section perpendicular to the first cross-sectional direction. A separate lens arrangement of a lens arrangement array directs a corresponding light beam from the laser diode array towards an area on a plane in front of the printing lens in the first cross-sectional direction and focuses the light beam on the plane of the entrance aperture in a second cross-sectional direction.

Die US-A-4,474,422 offenbart eine optische Scan- bzw. Überfahrvorrichtung mit einer kompakten Struktur, welche enthält: ein Array aus ausgerichteten Lichtquellen, einen Kollimationsabschnitt, einen Ablenkabschnitt zum Ablenken der kollimierten bzw. parallel ausgerichteten Strahlen und einen Abbildungsabschnitt, um die abgelenkten Strahlen zu veranlassen, ein Bild auf einer zu überfahrenden Oberfläche zu erzeugen.US-A-4,474,422 discloses an optical scanning device with a compact structure which includes: an array of aligned light sources, a collimating section, a deflecting section for deflecting the collimated beams and an imaging section for causing the deflected beams to form an image on a surface to be scanned.

Die EP-A-0,549,204 offenbart eine optische Rasterscan- bzw. Rasterüberfahreinrichtung mit einem Array an unabhängig adressierbaren Lichtabstrahleinrichtungen, die verwendet werden, um eine Punktposition auf einer Bildebene zu steuern. Der Array ist so angeordnet, dass das abgestrahlte Licht Punkte in der Bildebene erzeugt, welche in der Langsamscanrichtung voneinander verschoben sind. Der Gesamtabstand zwischen allen Punkten ist geringer als der Abstand zwischen den Scanzeilen in der Schnellscanrichtung. Ein Element des Arrays wird pro Scanzeile ausgewählt, um die Position des Punktes in der Langsamascanrichtung für diese Scanzeile zu steuern.EP-A-0,549,204 discloses an optical raster scanning device having an array of independently addressable light emitters used to control a point position on an image plane. The array is arranged so that the emitted light creates points in the image plane that are offset from each other in the slow scan direction. The total distance between all points is less than the distance between the scan lines in the fast scan direction. One element of the array is selected per scan line to control the position of the point in the slow scan direction for that scan line.

Die vorliegende Erfindung beseitigt erfolgreich die Nachteile der im Augenblick bekannten Konfigurationen durch Bereitstellen eines einfachen und kompakten optischen Systems zum Abbilden eines Arrays an Lichtabstrahleinrichtungen, wie einem Laserdiodenarray, und insbesondere durch ein individuell adressierbares Laserdiodenarray auf einer Aufzeichnungsoberfläche, wobei das Bild jedes Abstrahlbereiches in der Quer- bzw. Breitenrichtung auf eine Breite ca. gleich seiner Längendimension verteilt bzw. ausgebreitet ist.The present invention successfully overcomes the disadvantages of the currently known configurations by providing a simple and compact optical system for imaging an array of light emitting devices, such as a laser diode array, and in particular an individually addressable laser diode array, on a recording surface, the image of each emitting area being spread out in the width direction to a width approximately equal to its length dimension.

Die vorliegende Erfindung offenbart eine neue optische Anordnung, die aus einer nicht anamorphotischen Hauptabbildungslinsenanordnung und einer einzelnen zylindrischen Linse besteht, die zwischen dem Array und der Abbildungslinsenanordnung angeordnet ist, wobei ihre Brennlinie parallel zu der Mittenlinie des Arrays verläuft.The present invention discloses a new optical arrangement consisting of a non-anamorphic main imaging lens array and a single cylindrical lens arranged between the array and the imaging lens array with its focal line parallel to the centerline of the array.

Insbesondere fokussiert die Abbildungslinsenanordnung, welche vorzugsweise eine telezentrische konfokale Konfiguration besitzt, das Bild entlang der Längsachse. Die zylindrische Linse wird verwendet, um entweder ein reales Bild der Mittenlinie des Arrays (das heißt, ein reales Bild des Arrays in der Querachse) vor der Abbildungslinsenanordnung oder ein virtuelles Bild der Mittenlinie des Arrays hinter dem Array zu erzeugen. Im ersten Fall wird das Bild des Arrays in der Querachse auf einer Ebene hinter der Aufzeichnungsoberfläche fokussiert; in dem zweiten Fall wird das Bild des Arrays in der Querachse in einer Ebene vor der Aufzeichnungsoberfläche fokussiert. In beiden Fällen wird eine Verteilung bzw. Ausbreitung der kürzeren Abmessung der abgebildeten Abstrahlbereiche in Folge der Defokussierung an der Aufzeichnungsoberfläche auftreten. Darüber hinaus wird in jedem Fall die numerische Apertur der abgestrahlten Strahlen in der Querachse vor ihrem Eintritt in die Abbildungslinsenanordnung verringert.In particular, the imaging lens array, which preferably has a telecentric confocal configuration, focuses the image along the longitudinal axis. The cylindrical lens is used to either form a real image of the centerline of the array (i.e., a real image of the array in the transverse axis) in front of the imaging lens array or to create a virtual image of the array centerline behind the array. In the first case, the array image in the transverse axis is focused on a plane behind the recording surface; in the second case, the array image in the transverse axis is focused on a plane in front of the recording surface. In both cases, a spreading of the shorter dimension of the imaged emission areas will occur due to defocusing at the recording surface. Furthermore, in each case, the numerical aperture of the emitted rays in the transverse axis is reduced before they enter the imaging lens assembly.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereit gestellt, welches enthält: eine lineare Reihe bzw. ein lineares Array von Lichtabstrahlbereichen innerhalb einer ebenen Fläche, eine Aufzeichnungsoberfläche und ein optisches Abbildungssystem zum Projizieren des abgestrahlten Lichts auf die Aufzeichnungsoberfläche, wobei jeder Abstrahlbereich eine lange Achse, die im Wesentlichen kollinear zu der Reihen- bzw. Arraymittenlinie verläuft, so wie eine kurze Achse aufweist, die senkrecht zu der langen Achse verläuft, und wobei die Dimension jedes Bereiches entlang der kurzen Achse im Wesentlichen kleiner ist als die Dimension entlang der langen Achse, und wobei das optische Abbildungssystem besteht aus: einer zylindrischen Linse, die so angeordnet ist, dass ihre Brennlinie im Wesentlichen parallel zu der Reihen- bzw. Arraymittenlinie verläuft, und die zur Verringerung der Divergenz des abgestrahlten Lichtes in Richtung der kurzen Achse vorgesehen ist, und einer nicht anamorphotischen Abbildungslinsenanordnung, die zwischen der zylindrischen Linse und der Aufzeichnungsoberfläche angeordnet ist, wobei die zylindrische Linse und jedes optische Element der Linsenanordnung angeordnet ist, um Licht von allen Lichtabstrahlbereichen zu empfangen, wobei die zylindrischen Linse und die Abbildungslinsenanordnung zusammenwirken, um ein Bild der Reihe bzw. des Arrays auf der Aufzeichnungsoberfläche zu erzeugen, wobei das Bild aus einer linearen Reihe bzw. einem linearen Array von Lichtpunkten besteht, wobei jeder Lichtpunkt einem besonderen Lichtabstrahlbereich entspricht, wobei das Bild jedes Lichtabstrahlbereiches in Richtung der kurzen Achse in Folge der Defokussierung an der Aufzeichnungsoberfläche gestreut bzw. ausgebreitet wird.According to the present invention there is provided a system comprising: a linear array of light emitting regions within a planar surface, a recording surface and an optical imaging system for projecting the emitted light onto the recording surface, each emitting region having a long axis substantially collinear with the array centerline and a short axis perpendicular to the long axis, and the dimension of each region along the short axis being substantially smaller than the dimension along the long axis, and the optical imaging system comprising: a cylindrical lens arranged so that its focal line is substantially parallel to the array centerline and arranged to reduce the divergence of the emitted light in the direction of the short axis, and a non-anamorphic imaging lens arrangement arranged between the cylindrical lens and the recording surface, the cylindrical lens and each optical element of the lens array is arranged to receive light from all of the light emitting regions, the cylindrical lens and the imaging lens array cooperating to form an image of the array on the recording surface, the image consisting of a linear array of light spots, each light spot corresponding to a particular light emitting region, the image of each light emitting region being spread out in the short axis direction as a result of defocusing at the recording surface.

Gemäß weiteren Merkmalen bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die nachstehend erläutert werden, ist das besagte Bild im Wesentlichen in einer Richtung parallel zu der Bildmittenlinie fokussiert und ist im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zu der Bildmittenlinie verteilt bzw. ausgebreitet. Vorzugsweise ist die Abmessung jedes dieser Lichtpunkte in einer Richtung senkrecht zu der Bildmittenlinie im Wesentlichen gleich der Abmessung dieses Lichtpunktes in einer Richtung parallel zu Bildmittenlinie.According to further features in preferred embodiments of the invention, which will be explained below, said image is focused substantially in a direction parallel to the image center line and is spread substantially in a direction perpendicular to the image center line. Preferably, the dimension of each of said light spots in a direction perpendicular to the image center line is substantially equal to the dimension of said light spot in a direction parallel to the image center line.

Entsprechend weiterer Merkmale in den beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen besitzt die Abbildungslinsenanordnung eine telezentrische Konfiguration bzw. Gestaltung und ist nicht anamorphotisch.According to further features in the described preferred embodiments, the imaging lens assembly has a telecentric configuration and is not anamorphic.

Gemäß noch anderer Merkmale in den beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die zylindrische Linse entweder ein reales Bild oder ein virtuelles Bild der Arraymittenlinie.According to still other features in the described preferred embodiments, the cylindrical lens produces either a real image or a virtual image of the array centerline.

Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Projizieren des Lichtes, welches aus einer linearen Reihe bzw. einem linearen Array an Lichtabstrahlbereichen abgestrahlt ist, offenbart, wie es im Anspruch 14 nachstehend beansprucht ist.Furthermore, a method of projecting the light emitted from a linear array of light emitting regions is disclosed as claimed in claim 14 below.

Die Erfindung wird nachstehend im Wege ausschließlich eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert. Hierbei ist:The invention is explained below by way of example only with reference to the accompanying drawing figures.

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die einen typischen Array an projizierten Lichtpunkten aus einem Laserdiodenarray mit Bezug auf überfahrenen bzw. gescannten Spuren gemäß dem Stand der Technik wiedergibt;Fig. 1 is a schematic diagram showing a typical array of projected light spots from a laser diode array with respect to traversed or scanned tracks according to the prior art;

Fig. 2 eine isometrische schematische Darstellung des Arrayprojektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 2 is an isometric schematic representation of the array projection system according to the present invention;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Systems der Fig. 2, welche die Ebene wiedergibt, die die Mittenlinie des Arrays enthält;Fig. 3 is a cross-sectional view of the system of Fig. 2 showing the plane containing the centerline of the array;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Systems der Fig. 2, welche die Ebene zeigt, die senkrecht zu der Ebene der Fig. 3 verläuft;Fig. 4 is a cross-sectional view of the system of Fig. 2 showing the plane perpendicular to the plane of Fig. 3;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Konfiguration bzw. Gestaltung der Abbildungslinsenanordnung des Systems der Fig. 2;Fig. 5 is a cross-sectional view of a preferred configuration of the imaging lens assembly of the system of Fig. 2;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 3, welche die Strahlenspuren durch die Abbildungslinsenanordnung der Fig. 5 wiedergibt;Fig. 6 is a view similar to Fig. 3 showing the ray traces through the imaging lens arrangement of Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht der Strahlenspuren des Objektendes und des Bildendes einer bevorzugten Konfiguration des optischen Systems der Fig. 6;Fig. 7 is a view of the ray traces of the object end and the image end of a preferred configuration of the optical system of Fig. 6;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 7, welche eine alternative Konfiguration des optischen Systems wiedergibt;Fig. 8 is a view similar to Fig. 7 showing an alternative configuration of the optical system;

Fig. 9 eine Ansicht der Strahlenspuren einer weiteren Konfiguration des optischen Systems der Fig. 6.Fig. 9 is a view of the ray traces of another configuration of the optical system of Fig. 6.

DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Die Prinzipien und die Arbeitsweise eines optischen Schreibkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren und die beigefügte Beschreibung besser verstanden werden.The principles and operation of an optical write head according to the present invention can be better understood by reference to the drawing figures and the accompanying description.

Es wird nun auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen, in denen die Fig. 2 bis 4 die generelle Gestaltung bzw. Konfiguration des optischen Projektionssystems wiedergeben, um das Licht, welches von einer individuell adressierbaren Laserdioden-Arrayeinrichtung (IALDA) 10 abgestrahlt wird, auf einen Film 12 zu projizieren, während die so projizierten Lichtpunkte über den Film wandern. Bei dem dargestellten Beispiel wird der Film 12 um eine sich drehende Trommel 14 gewickelt, wie es für eine externe Trommelbelichtungseinrichtung typisch ist, jedoch sind andere Konfigurationen ebenfalls möglich. Die Reihe bzw. der Array besteht aus einer Reihe von Laserabschnitten, die über Nicht-Laserabschnitte beabstandet sind und die mit Lichtabstrahlbereichen in einer ebenen Fläche 11 enden. Jeder Laserabschnitt ist mit einer individuell adressierbaren Elektrode verbunden, an der ein Strom von einer Treiberschaltung (nicht gezeigt) entsprechend dem Bildsignal angelegt wird und die demzufolge Licht in einem Strahl abgibt, der im Wesentlichen um eine Linie senkrecht zu der Fläche 11 zentriert ist. Jeder Abstrahlbereich weist üblicherweise eine Breite von 1 um und eine Länge von 60 um auf und die Mittellinien aller Bereiche entlang ihrer Längendimensionen sind im Wesentlichen kollinear mit einer sich längs erstreckenden Arraymittenlinie 24, die in der Ebene der bestrahlten Fläche 11 liegt.Referring now to the drawing figures, Figures 2 to 4 illustrate the general configuration of the optical projection system for projecting the light emitted by an individually addressable laser diode array (IALDA) device 10 onto a film 12 as the spots of light so projected travel across the film. In the example shown, the film 12 is wound around a rotating drum 14 as is typical of an external drum exposure device, but other configurations are also possible. The array consists of a series of laser sections spaced apart by non-laser sections and terminating with light emitting regions in a flat surface 11. Each laser section is connected to an individually addressable electrode to which a current is applied from a driver circuit (not shown) in accordance with the image signal and which consequently emits light in a beam which is substantially centered about a line perpendicular to the surface 11. Each emitting region typically has a width of 1 µm and a length of 60 µm and the centerlines of all regions along their length dimensions are substantially collinear with a longitudinally extending array centerline 24 which lies in the plane of the irradiated area 11.

Die IALDA ist mit ihrer Abstrahlfläche 11 im Wesentlichen parallel zu dem Abschnitt des Filmes, welcher überfahren wird (oder auf dem geschrieben wird) mit einem Abstand d3 hiervon angeordnet, so dass eine Linie durch die Mitte des Arrays der abstrahlenden Bereiche und senkrecht zu der Fläche 11 ebenfalls senkrecht zu dem Abschnitt des Filmes verläuft. Diese senkrechte Linie wird als die optische Achse des (Projektions-)System bezeichnet. Obwohl der Array und seine Mittenlinie 24 bei diesem Beispiel als parallel verlaufend zu der Drehachse der Trommel gezeigt sind, kann er bzw. sie auch schräg innerhalb einer Ebene senkrecht zu der optischen Systemachse in jedem Winkel α gegenüber einer derartigen parallelen Position verlaufen, um die unmittelbar benachbarten Überfahrspuren bzw. Scanspuren (wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 1 erläutert) zu bewirken.The IALDA is arranged with its radiating surface 11 substantially parallel to the portion of the film being scanned (or written on) at a distance d3 therefrom, so that a line through the center of the array of radiating areas and perpendicular to the surface 11 is also perpendicular to the portion of the film. This perpendicular line is referred to as the optical axis of the (projection) system. Although the array and its center line 24 are shown in this example as running parallel to the axis of rotation of the drum, it may also run obliquely within a plane perpendicular to the optical system axis at any angle α from such a parallel position to effect the immediately adjacent scan tracks (as explained above with reference to Fig. 1).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine positive zylindrische Linse 16 vorgesehen, die so angeordnet ist, dass ihre Achsialebene die optische Achse des Systems enthält, ihre Hauptebene (innerhalb der Bedeutung einer dünnen Linsenapproximation) 25 parallel zu der Fläche 11 der Einrichtung und in einem Abstand d1 hiervon verläuft und ihre Brennlinie 22 parallel zu der Arraymittenlinie 24 verläuft. Die zylindrische Linse ist geringfügig länger als der Array und besitzt vorzugsweise eine numerische Apertur dergestalt, dass sie im Wesentlichen die gesamte Breite der abgestrahlten Strahlen, welche in der breiten Richtung divergierten, überschneidet, das heißt - in jeder Ebene senkrecht zur Mittenlinie 24. Wie es in dem den Stand der Technik behandelnden Abschnitt erläutert worden ist, bildet diese Divergenz normalerweise einen verhältnismäßig großen Winkel - üblicherweise 45º FWHM (entsprechend einem NA von 0,4).According to a preferred embodiment of the invention, a positive cylindrical lens 16 is provided, arranged so that its axial plane contains the optical axis of the system, its principal plane (within the meaning of a thin lens approximation) 25 is parallel to the surface 11 of the device and at a distance d1 therefrom, and its focal line 22 is parallel to the array centerline 24. The cylindrical lens is slightly longer than the array and preferably has a numerical aperture such that it intersects substantially the entire width of the emitted rays diverging in the width direction, that is - in any plane perpendicular to the centerline 24. As explained in the section dealing with the prior art, this divergence normally forms a relatively large angle - usually 45° FWHM (corresponding to an NA of 0.4).

Praktischerweise wird das gesamte Licht, welches durch die zylindrische Linse 16 übertragen wird, durch eine nicht anamorphotische Abbildungslinsenanordnung 18, die zur Abbildung der Bildfläche 11 dient, mit ihren Lichtabstrahlbereichen auf dem Film 12 überdeckt. Dieses Abbilden wird mit einer Demagnifikation von typischerweise 3 ausgeführt, so dass jeder 60 um lange Abstrahlbereich ein 20 um langes Bild erzeugt. Wenn die zylindrische Linse 16 nicht vorhanden ist, würde der Konvergenzwinkel der Strahlen in der Quer- bzw. Breitenachse, wenn sie vollständig durch die Linsenanordnung 18 hindurchgehen, klar größer als 45º, nämlich in diesem Fall 140º FWHM (entsprechend einer NA von 0,95) sein. Dies würde eine Abbildungslinsenanordnung 18 erfordern, die eine unrealistisch große NA aufweist. Es ist die Funktion der zylindrischen Linse 16, unter anderem die NA der Strahlen in der Quer- bzw. Breitenachse vor deren Eintritt in die Linsenanordnung 18 auf einen praktikablen Wert zu verringern.Conveniently, all of the light transmitted through the cylindrical lens 16 is covered by a non-anamorphic imaging lens assembly 18 used to image the image surface 11 with its light emitting areas on the film 12. This imaging is carried out with a demagnification of typically 3, so that each 60 µm long emitting area forms a 20 µm long image. If the cylindrical lens 16 is not present, the angle of convergence of the rays in the transverse or width axis as they pass completely through the lens assembly 18 would be clearly greater than 45º, namely in this case 140º FWHM (corresponding to an NA of 0.95). This would require an imaging lens assembly 18 having an unrealistically large NA. The function of the cylindrical lens 16 is, among other things, to reduce the NA of the rays in the transverse or width axis to a practical value before they enter the lens assembly 18.

Die Abbildungslinsenanordnung 18 kann im Allgemeinen eine positiv wirkende Konfiguration aufweisen, vorzugsweise aus sphärischen Elementen bestehen und relativ kurze konjugate Brennabstände aufweisen. Sie ist so positioniert, dass ihre optische Achse senkrecht zur bestrahlten Fläche 11 der IALDA-Einrichtung verläuft und mittig um den Array der Abstrahlbereiche angeordnet ist, so dass ihre Hauptebene an der Eintrittsseite 27 einen Abstand d2 von der Fläche 11 aufweist. Die Abstände d2 und d3 werden so gewählt oder so eingestellt, dass das projizierte Bild auf der Oberfläche des Films 12 die gewünschte Größe besitzt und scharf in der Richtung parallel zur Mittellinie 24 ist. Es ist zu bemerken, dass in dieser Richtung die zylindrische Linse 16 einen verhältnismäßig geringen Effekt besitzt.The imaging lens assembly 18 may generally be of a positive acting configuration, preferably comprised of spherical elements and having relatively short conjugate focal distances. It is positioned so that its optical axis is perpendicular to the irradiated surface 11 of the IALDA device and is centered around the array of emitting regions so that its principal plane is at a distance d2 from the surface 11 at the entrance side 27. The distances d2 and d3 are selected or adjusted so that the projected image on the surface of the film 12 is of the desired size and is sharp in the direction parallel to the centerline 24. It should be noted that in this direction the cylindrical lens 16 has a relatively small effect.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, verringert die Linse 16 die Divergenz der Strahlen in die Quer- bzw. Breitenrichtung und im Ergebnis werden die Bilder der Abstrahlbereiche auf einer Linie 28 fokussiert, die von der Oberfläche des Films 12 beabstandet ist, während an dieser Oberfläche die Bilder in die Quer- bzw. Breitenrichtung um einen Betrag s verteilt bzw. ausgebreitet werden. Der Abstand d1 wird vorzugsweise so gewählt oder so eingestellt, dass die Verteilung bzw. Ausbreitung s ungefähr gleich der Längendimension des Bildes ist. Die Form des Bildes jedes Bereiches ist annähernd quadratisch und daher in der Praxis einem kreisförmigen Punkt angenähert. Wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert worden ist und wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein kreisförmiger Punkt wünschenswert, wenn beispielsweise der Array (von seiner Mittenlinie 24) um diese optische Systemachse um einen Winkel α gedreht werden muss, so dass die Spuren seines Bildes unmittelbar aneinander liegend werden. Die Notwendigkeit für einen kreisförmigen Punkt erhöht indirekt die Beziehung zu dem Winkel α.As shown in Fig. 4, the lens 16 reduces the divergence of the beams in the width direction and as a result the images of the emitting areas are focused on a line 28 spaced from the surface of the film 12, while at that surface the images are spread out in the width direction by an amount s. The distance d1 is preferably chosen or adjusted so that the spread s is approximately equal to the length dimension of the image. The shape of the image of each area is approximately square and therefore approximates a circular spot in practice. As has been explained in connection with the prior art and as shown in Fig. 1, a circular spot is desirable when, for example, the array must be rotated (from its center line 24) about this optical system axis by an angle α so that the tracks of its image become immediately adjacent to one another. The need for a circular point indirectly increases the relationship to the angle α.

Der Betrieb des IALDA-Lichtprojektionssystems wird nun näher im Detail in Verbindung mit einer bevorzugten Gestaltung einer Abbildungslinsenanordnung 18, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, erläutert. Hierbei besitzt die Linsenanordnung 18 ein konfokale telezentrische Konfiguration (das heißt, telezentrisch in Richtung sowohl der Objektebene als auch der Bildebene), die die Eigenschaft besitzt, dass der Hauptstrahl von jedem Objektpunkt in die Linsenanordnung 18 parallel zur optischen Achse eintritt und diese so verlässt. Diese Eigenschaft liefert den Vorteil, dass die Größe des projizierten Bildes unsensibel gegenüber Veränderungen in den Abständen zwischen der Linsenanordnung und der Objekt- bzw. Bildebenen ist (Veränderungen, die aus mechanischen Ungenauigkeiten oder Schwingungen resultieren können).The operation of the IALDA light projection system will now be explained in more detail in connection with a preferred design of an imaging lens array 18 as shown in Fig. 5. Here, the lens array 18 has a confocal telecentric configuration (i.e., telecentric in the direction of both the object plane and the image plane) which has the property that the chief ray from any object point enters and exits the lens array 18 parallel to the optical axis. This property provides the advantage that the size of the projected image is insensitive to changes in the distances between the lens array and the object or image planes (changes that may result from mechanical inaccuracies or vibrations).

Die Linsenanordnung 18 kann so beschrieben werden, dass sie zwei sphärische Linsengruppen enthält - eine Objektgruppe 32, welche zu der IALDA weist und einen Brennabstand Fo besitzt, und eine Bildgruppe 34, die zu dem Film weist und einen Brennabstand Fi besitzt. Bei dem vorliegenden Beispiel ist Fo = 3Fi. Der Abstand zwischen den beiden Gruppen ist so gewählt, dass ihre entsprechenden inneren Brennpunkte am Punkt 36 zusammenfallen, mit anderen Worten ist der Abstand zwischen ihren entsprechenden Hauptebenen 33 und 35 gleich Fo + Fi (was in diesem Fall 4Fi ist).The lens assembly 18 can be described as containing two spherical lens groups - an object group 32 facing the IALDA and having a focal distance Fo, and an image group 34 facing the film and having a focal distance Fi. In the present example, Fo = 3Fi. The distance between the two groups is chosen so that their respective internal foci coincide at point 36, in other words the distance between their respective principal planes 33 and 35 is equal to Fo + Fi (which in this case is 4Fi).

Wie am besten in Fig. 6 erkennbar ist, die die achsiale Systemebene zeigt, welche eine Arraymittenlinie 24 enthält, ist die Hauptebene (im Sinne einer dünnen Linsenapproximation) 33 der Objektgruppe 32 (welche identisch zu der Eintrittshauptebene 27 der Fig. 3 ist) in einem Abstand d2 von der Abstrahlfläche 11 angeordnet, die gleich Fo ist, wobei die Hauptebene 35 der Bildgruppe 34 in einem Abstand vom Film 12 angeordnet ist, der Fi beträgt. Im Ergebnis wird das Licht, welches von jedem Punkt auf dem Array abgestrahlt wird, durch die Objektgruppe 32 parallel ausgerichtet bzw. kollimiert, wobei der Mittenstrahl jedes derartigen Strahs durch den gemeinsamen Brennpunkt 36 hindurchtritt, und wodurch die Bildgruppe 34 auf den Film fokussiert. Es ist zu bemerken, dass der Abstand d2 so eingestellt werden muss, dass die Wirkung in der parallelen Achse der zylindrischen Linse 16 auf dem optischen Pfad berücksichtigt wird, welcher im Wesentlichen gleichförmig ist.As best seen in Fig. 6, which shows the axial system plane containing an array centerline 24, the principal plane (in the sense of a thin lens approximation) 33 of the object group 32 (which is identical to the entrance principal plane 27 of Fig. 3) is located at a distance d2 from the emitting surface 11 which is equal to Fo, with the principal plane 35 of the image group 34 being located at a distance from the film 12 which is Fi. As a result, the light emitted from any point on the array is collimated by the object group 32, with the central ray of each such ray passing through the common focal point 36, thereby focusing the image group 34 on the film. It should be noted that the distance d2 must be adjusted so as to take into account the effect in the parallel axis of the cylindrical lens 16 on the optical path, which is substantially uniform.

Die Wirkung der zylindrischen Linse 16 auf das von jedem Bereich in die Quer- bzw. Breitenrichtung abgestrahlte Licht bleibt im Wesentlichen so, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 4 vorstehend erläutert worden ist. Die Linse 16, welche im Wesentlichen eine einfache Linse, eine zusammengesetzte Linse oder eben eine Linsengruppe sein kann, besteht vorzugsweise aus einem Stück einer optischen Lichtleitfaser, welche von Team Technologies, Auburn, CA verfügbar ist. Die Faser kann verschiedene Größen und Querschnittsformen sowie Strukturen besitzen; in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt sie einen kreisförmigen Querschnitt mit einen Durchmesser 2R, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Der Wert von R liegt üblicherweise im Bereich von 0,07 bis 5 mm. Ihr Brennabstand, nämlich der Abstand von ihrer vorderen Brennlinie 22 zu ihrer Hauptebene 37 beträgt ungefähr gleich R. Es gibt einen Bereich an möglichen Werten für d1 (was vorstehend als der Abstand von der Arraymittenlinie 24 zu der Hauptebene 25 der Linse 16 definiert worden ist) in der Weise, dass die gesamte Breite aller Lichtstrahlen in die Quer- bzw. Breitenrichtung in die Eintrittsöffnung der Objektivgruppe 32 der Abbildungslinsenanordnung 18 gebrochen wird. Dieser Bereich erstreckt sich von einem bestimmten Wert, bei dem die Brennlinie 22 hinter der Arraymittenlinie 24 liegt, zu einem bestimmten Wert, bei dem die Brennlinie 22 vor der Arraymittenlinie 24 liegt. Jedoch nur wenige praktische Werte innerhalb dieses Bereiches führen zu anderen gewünschten Effekten, nämlich der Verbreiterung der projizierten Punkte, um diese gleich mit ihrer Längendimension werden zu lassen. Diese praktischen Werte werden mit bestimmten Konfigurationen verbunden, wie es in der nachstehenden Beschreibung erläutert ist.The effect of the cylindrical lens 16 on the light emitted from each region in the transverse or width direction remains essentially as described with reference to on Fig. 4 above. The lens 16, which may essentially be a simple lens, a compound lens, or even a lens group, is preferably made from a piece of optical fiber available from Team Technologies, Auburn, CA. The fiber can have various sizes and cross-sectional shapes and structures; in the present embodiment, it has a circular cross-section with a diameter 2R, as shown in Fig. 7. The value of R is typically in the range of 0.07 to 5 mm. Its focal distance, namely the distance from its front focal line 22 to its principal plane 37, is approximately equal to R. There is a range of possible values for d1 (which was defined above as the distance from the array centerline 24 to the principal plane 25 of the lens 16) such that the entire width of all light rays in the width direction are refracted into the entrance aperture of the objective group 32 of the imaging lens array 18. This range extends from a certain value at which the focal line 22 lies behind the array center line 24 to a certain value at which the focal line 22 lies in front of the array center line 24. However, few practical values within this range lead to other desired effects, namely broadening of the projected spots to make them equal to their length dimension. These practical values are associated with certain configurations as explained in the description below.

Die am meisten bevorzugte Konfiguration ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei ist d1 kürzer als der Brennabstand (das heißt, die Abstrahlfläche 11 ist dichter an der Linse 16 als ihre Brennlinie 22). Wie deutlich in Fig. 7 gezeigt ist, erzeugt die Linse 16 in der Quer- bzw. Breitenrichtung ein virtuelles Bild des Arrays, welches auf einer Linie 26 hinter der Brennlinie 22 liegt. Dieses virtuelle Bild dient als ein virtuelles Objekt für die Linsenanordnung 18, welche hiervon ein reales Bild auf den Film 12 projiziert. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, liegt dieses Bild in dem Brennpunkt auf einer Linie 28, welche mit einem bestimmten Abstand vor dem Film angeordnet ist, während auf der Ebene des Films sie um eine Dimension s verteilt bzw. ausgebreitet ist. Der Abstand d1 wird so gewählt oder so eingestellt, dass s im Wesentlichen gleich der Längendimension eines abgebildeten Punktes ist (der in unserem Beispiel 20 um beträgt). Die Beziehung zwischen s und d1 wird ungefähr durch die folgende Gleichung bestimmt, welche durch die Prinzipien der Geometrie der Optik abgeleitet ist:The most preferred configuration is shown in Fig. 7. Here, d1 is shorter than the focal distance (i.e., the emitting surface 11 is closer to the lens 16 than its focal line 22). As clearly shown in Fig. 7, the lens 16 creates a virtual image of the array in the width direction, which lies on a line 26 behind the focal line 22. This virtual image serves as a virtual object for the lens array 18, which projects a real image therefrom onto the film 12. As shown in Fig. 7, this image lies at the focal point on a line 28 which is located a certain distance in front of the film, while on the plane of the film it is spread out by a dimension s. The distance d1 is chosen or adjusted so that s is essentially equal to the length dimension of an imaged point (which in our example is 20 µm). The relationship between s and d1 is approximately determined by the following equation, which is derived from the principles of the geometry of optics:

s = 2*d1*(tanθ&sub1;/tanθ&sub2; - 1)*θ&sub2;/m,s = 2*d1*(tanθ1/tanθ2 - 1)*θ2/m,

wobei θ&sub1; der Divergenzwinkel des Strahles in die Quer- bzw. Breitenrichtung bei existierender Fläche 11, θ&sub2; der Divergenzwinkel des Strahles in die Quer- bzw. Breitenrichtung bei existierender Linse 16 und m der Demagnifikationsfaktor (der in unserm Beispiel 3 ist) ist.where θ1 is the angle of divergence of the beam in the transverse or width direction with existing surface 11, θ2 is the angle of divergence of the beam in the transverse or width direction with existing lens 16 and m is the demagnification factor (which is 3 in our example).

Die Parameter der verschiedenen Linsen werden so gewählt, dass, wenn diese Bedingung erhalten wird, alle Lichtstrahlen vollständig die Apertur aller Linsen klären. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die sphärischen Aberrationen durch Aufrechterhalten der Brennlänge der zylindrischen Linse so kurz wie möglich zu minimieren ist. Die erforderlichen Berechnungen können durch Fachleute in der Geometrie der Optik ausgeführt werden. Ein praktischer Satz an Parametern für den Array in unserem Beispiel, der eine Länge von 10 mm besitzt und mit d1 = 0,1 mm und s = 20 um, ist wie folgt:The parameters of the various lenses are chosen so that when this condition is met, all light rays completely clear the aperture of all lenses. It is also important to consider that the spherical aberrations are to be minimized by maintaining the focal length of the cylindrical lens as short as possible. The necessary calculations can be carried out by experts in the geometry of optics. A practical set of parameters for the array in our example, which has a length of 10 mm and with d1 = 0.1 mm and s = 20 µm, is as follows:

Zylindrische Linse 16: F = 1mm, NA = 0,45;Cylindrical lens 16: F = 1mm, NA = 0.45;

Objektgruppe 32: F = 60 mm, NA = 0,14;Object group 32: F = 60 mm, NA = 0.14;

Bildgruppe 34: F = 20 mm, NA = 0,45.Image group 34: F = 20 mm, NA = 0.45.

Gemäß einer alternativen Konfiguration, die in Fig. 8 gezeigt ist, ist d1 länger als der Brennabstand der zylindrischen Linse (das heißt, dass die Brennlinie 22 zwischen der Linse 16 und der Abstrahlfläche 11 liegt), so dass die Linse 16 in der Quer- bzw. Breitenrichtung ein reales Bild des abstrahlenden Arrays an einer Linie 27 zwischen der Linse 16 und der Objektgruppe 32 erzeugt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Der Abstand zwischen der Linse 16 und der Bildlinie 27 wird groß genug für die sich ergebende Strahldivergenz innerhalb des akzeptablen Bereiches gemacht. Die Abbildungslinsenanordnung 18 projiziert die Linie 27 auf den Film, jedoch, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, würde das projizierte Bild auf eine Linie 29 hinter den Film fokussiert werden, während in der Ebene des Films diese um eine Dimension s verteilt ist. Wiederum kann durch geeignete Auswahl der Parameter die Verteilung s auf die gewünschte Größe eingestellt werden.According to an alternative configuration shown in Fig. 8, d1 is longer than the focal distance of the cylindrical lens (i.e., the focal line 22 lies between the lens 16 and the emitting surface 11) so that the lens 16 produces a real image of the emitting array in the width direction at a line 27 between the lens 16 and the object group 32 as shown in Fig. 8. The distance between the lens 16 and the image line 27 is made large enough for the resulting beam divergence to be within the acceptable range. The imaging lens assembly 18 projects the line 27 onto the film, however, as shown in Fig. 8, the projected image would be focused on a line 29 behind the film, while in the plane of the film it is distributed by a dimension s. Again, by appropriate selection of parameters, the distribution s can be adjusted to the desired size.

Gemäß einer weiteren Konfiguration, die in Fig. 9 gezeigt ist, fällt die Brennlinie 22 der Linse 16 mit der Arraymittenlinie 24 zusammen. Im Ergebnis werden sämtliche Strahlen in der Quer- bzw. Breitenrichtung zusammengefasst bzw. parallel ausgerichtet. Sie treten darüber hinaus aus der Abbildungslinsenanordnung 18 aus und treffen auf den Film 12 in parallel ausgerichteter Form auf. Die sich ergebenden Punkte auf dem Film besitzen dann eine Größe in der Quer- bzw. Breitenrichtung, die gleich der Breite der parallel ausgerichteten Strahlen ist. Diese Breite wird durch den abgestrahlten Divergenzwinkel θ&sub1; und durch die Brennlänge der Linse 16 bestimmt. Durch geeignete Auswahl letzterer können die Punkte so eingestellt werden, dass sie die gewünschte Breite s besitzen.According to another configuration, shown in Fig. 9, the focal line 22 of the lens 16 coincides with the array center line 24. As a result, all Rays are combined or aligned in the transverse or width direction. They also emerge from the imaging lens arrangement 18 and impinge on the film 12 in a parallel aligned form. The resulting spots on the film then have a size in the transverse or width direction which is equal to the width of the parallel aligned rays. This width is determined by the radiated divergence angle θ1 and by the focal length of the lens 16. By suitable selection of the latter, the spots can be adjusted so that they have the desired width s.

Es ist zu bemerken, dass das optische Projektionssystem der vorliegenden Erfindung verhältnismäßig einfach ist und daher keine sorgfältige Ausrichtung über die übliche achsiale Ausrichtung hinaus benötigt, wobei nur die kritische Einstellungen des Abstandes d1 und des Abstandes d2 (oder d3) notwendig ist. Ihre Herstellkosten sollten daher verhältnismäßig gering sein.It should be noted that the optical projection system of the present invention is relatively simple and therefore does not require careful alignment beyond the usual axial alignment, only the critical adjustments of the distance d1 and the distance d2 (or d3) being necessary. Its manufacturing costs should therefore be relatively low.

Es ist zu bemerken, dass, obwohl mit Bezug auf eine IALDA-Einrichtung beschrieben, die vorliegende Erfindung ebenfalls auf andere Lichtabstrahl- Arrayeinrichtungen und auf Arrays mit diskreten Lichtabstrahldioden anwendbar ist. Es ist darüber hinaus zu bemerken, dass, während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Zahl an Ausführungsformen beschrieben worden ist, viele Veränderungen, Modifikationen oder andere Anwendungen der Erfindung ausgeführt werden können.It should be noted that, although described with reference to an IALDA device, the present invention is also applicable to other light emitting array devices and to arrays of discrete light emitting diodes. It should also be noted that while the invention has been described with reference to a limited number of embodiments, many variations, modifications or other applications of the invention may be made.

Claims

1. System comprising a linear array of light emitting areas (10) within a flat surface (11), a recording surface (12) and an optical imaging system for projecting the emitted light onto the recording surface,

wherein each radiating region has a long axis that is substantially colinear with the row centerline (24) and a short axis that is perpendicular to the long axis, and wherein the dimensions of each region along the short axis are substantially smaller than the dimension along the long axis and

The optical imaging system consists of:

a cylindrical lens (16) arranged such that its focal line (22) runs substantially parallel to the row center line (24) and which is intended to reduce the divergence of the emitted light in the direction of the short axis, and

a non-anamorphic imaging lens assembly (18) disposed between the cylindrical lens (16) and the recording surface (12), the cylindrical lens (16) and each optical element of the lens assembly (18) being arranged to receive light from all of the light emitting regions (10), the cylindrical lens (16) and the imaging lens assembly (18) cooperating to produce an image of the array on the recording surface (12), the image consisting of a linear array of light spots, each light spot corresponding to a particular light emitting region (10), the image of each light emitting region being scattered in the short axis direction as a result of defocusing at the recording surface.

2. System according to claim 1, wherein the linear series of light emitting areas (10) are individually addressable read diode rows.

3. The system of claim 1 or 2, further comprising means (14) for generating a scanning relative motion between the linear array of light emitting regions and the recording surface along a scanning direction.

4. System according to one of claims 1 to 3, in which the imaging lens arrangement (18) has a telecentric design.

5. A system according to any one of claims 1 to 3, wherein the linear array of light spots has an image centerline bisecting the light spots, and wherein the image at the focus is in a direction parallel to the image centerline and diffused in a direction perpendicular to the image centerline.

6. The system of claim 5, wherein the dimension of each of the light spots in a direction perpendicular to the image centerline is equal to the dimension of the light spot in a direction parallel to the image centerline.

7. A system according to any one of claims 1 to 3, wherein the cylindrical lens arrangement (16) comprises a single element which is an optical fiber.

8. A system according to any one of claims 1 to 3, wherein the cylindrical lens arrangement (16) produces a true image of the array centerline (24).

9. System according to one of claims 1 to 3, in which the cylindrical lens arrangement (16) produces a virtual image of the array centerline (24).

10. System according to one of claims 1 to 3, in which the front focal line (22) of the cylindrical lens arrangement (16) coincides with the row center line (24).

11. System according to one of claims 1 to 3, which does not contain any further lenses.

12. A system according to claim 11, capable of producing the image in any desired anamorphic ratio.

13. A system according to claim 3, wherein an image of the row centerline (24) as projected onto the recording surface forms an angle with the scanning direction which is different from 90°.

14. A method of projecting the light emitted from a linear array of light emitting regions (10) within a planar surface (11) onto a recording surface (12), the array having an array centerline (24), each region having a long axis substantially colinear with the array centerline and a short axis perpendicular to the long axis, and the dimensions of each region along the short axis being substantially smaller than the dimensions along the long axis, the method including providing an optical imaging system consisting of:

a non-anamorphic imaging lens arrangement (18) arranged between the cylindrical lens (16) and the recording surface (12), wherein the cylindrical lens (16) and each optical element of the lens arrangement (18) is arranged to receive light from all light emitting areas (10),

wherein the cylindrical lens (16) and the imaging lens assembly (18) cooperate to produce an image of the array on the recording surface (12), the image consisting of a linear array of light spots, each light spot corresponding to a particular light emitting region (10), and wherein the image of each light emitting region is scattered in the direction of the short axis as a result of defocusing on the recording surface.

15. A method according to claim 14, wherein the image is focused in a direction parallel to the row centerline and diffuses in a second direction perpendicular to the first direction.

16. The method of claim 14, wherein the cylindrical lens array (16) produces a true image of the array centerline (24).

17. The method of claim 14, wherein the cylindrical lens arrangement (16) produces a virtual image of the array centerline (24).